摘要：针对人体步态周期的摆动相与承载相生物力学特征,创新性的提出一种集变胞仿生膝关节外骨骼机器人与具有“J”型轨迹特征运动副人体等效下肢为一体的人-机并联研究原型,在深入解析其变胞运动承载仿生工作机理的基础上,系统提出一种多体运动尺度综合方法。该方法首先基于多体运动学,系统构建人-机并联运动学模型;其次针对该外骨骼对其穿戴位置滑移与下肢个体差异的有效几何包容,提出一种新型运动学综合性能评价指标——仿生灵巧包容度;再次将多体运动尺度综合问题归结为一类多目标优化问题;最后计及不同人群的步态差异性,采用压缩粒子群算法,深入开展膝关节外骨骼系统多体运动尺度综合数值仿真。通过仿真数据对比与参数敏感性分析,佐证该膝关节外骨骼机器人所具有的变胞仿生运动学综合性能,以及多体运动尺度综合方法的合理性与有效性,为后续研究原型承载有效性的相关研究,提供理论基础。

摘要：在旋转机械中转子因高速运转、承受变周期及交变载荷的影响,容易导致其裂纹的萌生与扩展等问题。本文考虑具有裂纹的水平支撑非线性转子系统模型及动力学方程,推导了裂纹转子的能量表达式,引入能量空间概念,提出了振动能量空间分析方法,研究了不同临界转速区域能量空间的转子振动特性;基于提出的能量轨道概念,在能量FFT和轨道畸变中比较不同裂纹参数和非线性参数对系统振动特性的影响;相关实验验证了裂纹转子的能量FFT和能量轨道。研究结果表明:裂纹转子的能量FFT和轨道畸变能够诊断转子的裂纹故障,为分析裂纹转子系统振动响应和故障诊断提供了一种方法。

摘要：为了研究超临界二氧化碳(S-CO_(2))离心压缩机在进口条件发生变化时,性能曲线的变化规律和流场内超临界之外区域的变化情况。对某一10 MW级S-CO_(2)离心压缩机通过改变进口温度和压力来进行定常数值模拟。对不同进口条件下的性能曲线和非超临界区域范围进行分析,得出进口温度越低或进口压力越高时,压缩机的性能越高。压缩机的进口温度或压力越靠近临界点时,压缩机的流场内部越进入非超临界区域,且范围也越大。同时,当压缩机的进口处工质密度相近时,压缩机的效率曲线基本一致。

摘要：软骨表面纤维化是骨关节炎的早期迹象,软骨表面损伤与载荷密切相关。本文目的是研究软骨表面粗糙度与载荷之间的关系,通过对新鲜的猪关节软骨施加冲击、压缩、疲劳载荷,每次间隔10 min测量软骨表面粗糙度数值,获得粗糙度在加载前后的变化规律。实验发现,载荷使软骨表面粗糙度增大,增大的数值与载荷大小相关,粗糙度恢复到初始情况的时间与载荷类型和载荷大小相关,冲击载荷对软骨表面粗糙度影响最大,其次是重度疲劳载荷、压缩载荷和轻度疲劳载荷。本文为揭示早期骨关节炎的发病机制和防治关节软骨疾病提供了参考数据。

摘要：为了提高穿戴舒适性与承载有效性,本文在提出一种膝关节外骨骼机器人张弛穿戴系统原型及其工作机制解析的基础上,对该系统开展静力学优化综合及其方法研究。首先,本文基于系统虚拟样机模型的构建,构造一种计及应力、变形及受力结点占比等要素的综合穿戴舒适度评价指标;其次,基于系统虚拟样机静力学仿真,结合评价指标,开展多目标遗传优化与铠甲层拓扑构型的局部优化综合;最后,通过模型重建仿真数据证实了该系统具有良好的穿戴舒适性。本研究为后续穿戴系统的承载性能及样机建造提供了理论基础。

摘要：目前研究力学因素对细胞行为的影响很大程度上依赖于离体实验,基于此本文研制了一种具有较大均匀应变区域的培养室,其中含有以直线电机为动力,频率高达20 Hz的细胞拉伸加载装置,可对细胞施加力学作用。本文以应变均匀为目标,基底厚度为变量,利用有限元技术对传统培养室的基板底部进行优化,最后构建了切面为“M”型结构的新型培养室三维模型,并采用三维数字图像相关法(3D-DIC)检测应变场和位移场的分布,以验证数值模拟结果。实验结果表明,新型细胞培养室增大了应变加载的准确性和均匀区域,较优化前提高了49.13%~52.45%。另外,利用该新型培养室初步研究了在同一应变、不同加载时间下舌鳞癌细胞的形态变化。综上,本文构建的新型细胞培养室结合了以往技术的优点,可传递均匀精准的应变,以便用于广泛的细胞机械生物学研究。

摘要：为解决机器视觉对早期玉米苗带在多环境变量下导航线提取耗时长、准确率低的问题,该研究提出了一种基于中值点Hough变换作物行检测的导航线提取算法。首先,改进了传统的2G-R-B算法,再结合中值滤波、最大类间方差法和形态学操作实现土壤背景与玉米苗带的分割。其次,通过均值法提取玉米苗带特征点,然后采用中值点Hough变换拟合垄间两侧玉米苗列线,最后将检测出的双侧玉米苗列线为导航基准线,利用夹角正切公式提取导航线。试验结果表明:改进的灰度化算法能够正确分割玉米苗带与土壤,处理一幅640×480像素彩色图像平均耗时小于160 ms,基于中值点Hough变换检测玉米苗列再提取导航线的最大误差为0.53°,相比于传统Hough变换时间上平均快62.9 ms,比最小二乘法平均精确度提高了7.12°,在农田早期玉米苗带多环境变量影响因素下导航线提取准确率均达92%以上,具有较强的可靠性和准确性。

摘要：研究具有递减参数的串联非线性能量阱(nonlinear energy sink,NES)在冲击和扫频激励下的减振效能;分析阻尼接地方式对减振效能的影响,并将其与单自由度NES进行对比;推导出系统的无量纲动力学方程并利用数值方法进行分析,研究两种串联NES中的各级纯立方振子在能量耗散中的作用及其差异。研究结果显示,当激励幅值较低时,阻尼不接地型NES的减振效能要强于阻尼接地型NES,而随着激励幅值的持续增加,在较宽的激励幅值变化范围内衡量减振效能时,阻尼接地型串联NES具有非常明显的优势。此外,各级纯立方振子在能量耗散中发挥的作用随激励幅值的增加而变化,当激励幅值增大到一定程度后,质量最小的第三级振子消耗的能量最多。

摘要：针对超精密车削表面,提出一种基于多波长散射光特性的表面粗糙度测量方法,以铝合金为例对该方法进行验证。首先建立超精密车削表面形貌—散射光模型并开展验证实验,定量实验结果证明建立的散射光模型平均误差仅为1%。基于散射光模型研究刀痕纹理方向、刀痕宽度(每转进给量)和刀痕高度(表面粗糙度峰谷值)对镜像光反射率的影响,研究结果证明表面粗糙度是影响镜像光反射率的关键因素。在此基础上进一步建立300~700 nm波长范围内镜像光反射率平均值和表面粗糙度之间的定量关系,基于超精密车削表面的测量结果对该定量关系进行验证。所提出新方法获得的粗糙度测量结果与原子力显微镜测量结果吻合,最大相对误差仅为7.5%。

摘要：磁弹性材料设计的毫米级微型游泳机器人可通过外部均匀磁场实现连续形变来完成游泳动作,通过视觉反馈能提高机器人的路径跟随精度,但在复杂背景下机器人的视觉闭环控制易发生识别错误、跟踪失败等现象。针对上述问题,首先获取复杂环境下的障碍物信息,提出改进RRT*算法(IIC-RRT*)进行路径规划,同时基于环形平滑标签的YOLOv5识别跟踪算法(CSL-YOLOv5),在复杂背景下对微型游泳机器人的中心位置与旋转角度进行实时更新。在此基础上进行微型游泳机器人在障碍物复杂背景下的位置与角度的双闭环伺服控制,试验结果表明,提出的路径规划算法改善了路径生成的效率与平滑性,识别跟踪算法提高了微型游泳机器人的识别稳定性与精确性,为磁控微型游泳机器人在复杂背景下的精确控制提供了新思路。